通用處理器的基本結(jié)構(gòu)

所有的處理器(cpu)都包含如下3個(gè)最基本的部分?！　?1) 算術(shù)邏輯單元(alu)：在其中完成數(shù)據(jù)處理任務(wù)，如加、減、乘、除、布爾運(yùn)算及移位處理等。　　(2) 寄存器組(register file)：由通用寄存器組成，為alu的操作數(shù)提供緩存和數(shù)據(jù)處理結(jié)果，緩存指令或輸入／輸出數(shù)據(jù)等?！　?3) 控制單元(control unit)：包含復(fù)位邏輯、讀／寫控制、中斷處理、程序計(jì)數(shù)器、指令譯碼和寄存及條件碼寄存器等?！　』竞秃唵蔚奶幚砥鹘Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　圖1 基本和簡單的處理器結(jié)構(gòu)　　盡管構(gòu)成處理器的基本單元大致相同，但由于數(shù)據(jù)和指令／控制的總線不同，使整個(gè)處理器的結(jié)構(gòu)有所區(qū)別。目前常用的總線結(jié)構(gòu)如下:　　(1) 多總線結(jié)構(gòu)，如圖2所示。在該結(jié)構(gòu)中，指令、數(shù)據(jù)和地址都通過同一條總線實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)和指令在同一個(gè)存儲(chǔ)器中，只是采用分時(shí)方式及額外的控制邏輯(如地址鎖存信號(hào)等)來實(shí)現(xiàn)?！　?2) 共享總線結(jié)構(gòu)，如圖3所示。該結(jié)構(gòu)也稱為范·紐曼(von neumann)結(jié)構(gòu)，盡管地址和數(shù)據(jù)共享同一條總線，但是分時(shí)占用的?！　?3) 獨(dú)立總線結(jié)構(gòu)，如圖4所示。該總線也稱做哈佛(harvard)結(jié)構(gòu)，由于數(shù)據(jù)和地址有各自的總線通道，數(shù)據(jù)和指令(程序)具有不同的存儲(chǔ)器，因此指令執(zhí)行和數(shù)據(jù)處理可并行(同時(shí))運(yùn)行。
　　圖2 多總線cpu結(jié)構(gòu)
　　圖3 共享cpu總線結(jié)構(gòu)
　　圖4 獨(dú)立總線結(jié)構(gòu)　　從以上的分析中看出，獨(dú)立總線結(jié)構(gòu)具有高速特性。許多嵌入式處理器都是采用這種結(jié)構(gòu)，特別是用于數(shù)據(jù)處理及信號(hào)處理等高速應(yīng)用的處理器。盡管為了提高指令的運(yùn)行和數(shù)據(jù)的處理速度，有些處理器在其內(nèi)部采用了cache(高速緩沖存儲(chǔ)器)和指令流水線(pipelining)結(jié)構(gòu)等新的技術(shù)。然而就數(shù)據(jù)的處理速度來說，還是獨(dú)立總線結(jié)構(gòu)最好，picoblaze 8位處理器核就是采用的獨(dú)立總線結(jié)構(gòu)。